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Forschungsgruppe | Experimental Quantum Metrology

Optischer Frequenzverdopplungsresonator zur Erzeugung von UV Licht bei 280 nm zur Manipulation von Magnesium-Ionen. Foto: PTB Braunschweig

Die Forschungsarbeiten am QUEST-Institut für Experimentelle Quantenmetrologie beschäftigen sich mit fundamentalen Fragestellungen: Sind die Naturkonstanten wirklich konstant? Wie korrekt sind die Vorhersagen der physikalischen Theorien? Die von einigen Theorien vorhergesagte Änderung von Naturkonstanten würde sich in einer Verschiebung der Energieniveaus von Atomen und Molekülen manifestieren.

Daher können diese Fragen mithilfe von Präzisionsmessungen der internen Struktur von gefangenen und lasergekühlten Ionen beantwortet werden. Dabei kommen „Quantum-Engineering“-Techniken aus der Quanteninformationsverarbeitung zum Einsatz, die es erlauben, bislang unzugängliche Atome und Moleküle mit unübertroffener Genauigkeit zu untersuchen. Mit dieser„Quantenlogik Spektroskopie“ wird eine hochgenaue optische Uhr basierend auf einem einzelnen Aluminium-Ion entwickelt. Ein Vergleich mit anderen genauen Uhren erlaubt es, mögliche Änderungen der Naturkonstanten zu detektieren oder Abweichungen von Einsteins Relativitätstheorie zu beobachten. Neben diesen Laboruntersuchungen werden auch astrophysikalische Ansätze unterstützt, bei denen Absorptionsspektren interstellarer Wolken mit präzisen Quantenlogik-Spektroskopiedaten verglichen werden, um mögliche Änderungen der Naturkonstanten auf kosmischen Zeitskalen zu untersuchen.

Die Forschungsergebnisse dieser Arbeiten werden dabei helfen, verfeinerte physikalische Theorien und damit ein verbessertes Verständnis der Natur zu entwickeln.